可编程序控制器基本组成和工作原理
PLC基本组成及工作原理
无锡市梢品课程国礙示范皎校琏段项目机床电艺与如俸制项目四:PLC基础知识学习模块一：PLC基本组成及原理学习可编程序控制器(Programmable Controller )原本应简称PC,为了与个人计•算机专称PC 相区别，所以可编程序控制器简称定为PLC (Programmable Logic Controller),但并非说PLC 只能控制逻辑信号。
PLC是专门针对丄业环境应用设汁的，自带直观、简单并易于掌握编程语言环境的工业现场控制装置。
一* PLC基本组成PLC基本组成包括中央处理器(CPU)、存储器.输入/输出接口(缩写为I/O,包括输入接口、输出接口、外部设备接口、扩展接口等)、外部设备编程器及电源模块组成，见图4-1。
PLC内部各组成单元之间通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接，外部则根据实际控制对象配置相应设备与控制装置构成PLC控制系统。
计貝机*茨跟年4 rtT-rr£｝一电谡行拧只关-U-电谡aPLC系统程序决定了PLC的基本功能，该部分程序山PLC制造厂家编写并固化在系统程序存储器中，主要有系统管理程序、用户指令解释程序和功能程序与系统程序调用等部分。
系统管理程序主要控制PLC的运行，使PLC按正确的次序工作；用户指令解释程序将PLC的用户指令转换为机器语言指令，传输到CPU内执行；功能程序与系统程序调用则负责调用不同的功能子程序及其管理程序。
系统程序属于需长期保存的重要数据，所以其存储器采用ROM或EPROMo ROH是只读存储器，该存储器只能读出内容，不能写入内容，R0H具有非易失性，即电源断开后仍能保存已存储的内容。
EPER0M为可电擦除只读存储器，须用紫外线照射芯片上的透镜窗口才能擦除已写入内容，可电擦除可编程只读存储器还有E2PR0M、FLASH等。
2）用户程序存储器用户程序存储器用于存放用户载入的PLC应用程序，载入初期的用户程序因需修改与调试，所以称为用户调试程序，存放在可以随机读写操作的随机存取存储器RAM内以方便用户修改与调试。
PLC组成及工作原理
PLC组成及工作原理PLC是Programmable Logic Controller的简称，中文翻译为可编程逻辑控制器。
它是一种用于自动控制工业过程的数字计算机系统。
PLC由硬件和软件两部分组成，下面将详细介绍PLC的组成和工作原理。
1.硬件组成：PLC的硬件主要包括中央处理器（CPU）、输入输出模块（I/O模块）、电源模块、通信模块以及其他辅助硬件。
-中央处理器（CPU）是PLC的核心，负责接收输入信号、执行程序指令并控制输出信号。
CPU通常具有高性能的微处理器，能够进行复杂的计算和逻辑判断。
-输入输出模块（I/O模块）负责与外部世界进行数据交换。
输入模块用于接收现场传感器、开关等设备的信号，输出模块用于控制执行机构、显示设备等。
-电源模块提供稳定的电源供电，确保PLC正常运行。
-通信模块可实现PLC与其他设备（如人机界面、计算机、远程监控系统等）之间的数据传输和通信。
-其他辅助硬件包括存储器、时钟模块、编程口等，用于存储程序、记录运行时间、与外部进行编程等功能。
2.软件组成：PLC的软件主要包括操作系统、开发环境和用户程序。
-操作系统是PLC的核心软件，用于管理硬件资源、执行程序指令、实现通信等功能。
- 开发环境提供PLC程序的开发、调试和维护工具。
常见的开发环境有LD（Ladder Diagram，梯形图）、FBD（Function Block Diagram，功能块图）、ST（Structured Text，结构化文本）等多种编程语言。
-用户程序是PLC的应用程序，由工程师根据控制需求编写。
用户程序根据输入信号的状态和逻辑关系，通过中央处理器进行逻辑判断并控制输出信号，实现自动化控制。
3.工作原理：PLC的工作原理主要分为输入端、处理端和输出端。
-输入端：PLC通过输入模块接收来自现场的输入信号，如开关状态、传感器信号等。
输入信号会被转换成数字信号，并传给中央处理器。
中央处理器会周期性地扫描输入信号，并将其存储在内部存储器中，以供后续的程序处理。
可编程控制器的结构与基本工作原理
另外，交流信号输入也可采用双向发光二极管来保证信号 连续，如图3-5所示，显示用的两个发光二极管也是反向并联 的，但此电路只能接受交流信号。
晶体管输出电路如图3-7所示，只能带直流负载，直流电源 由用户提供。输出信号经光电隔离器送给输出晶体管，晶体 管的饱和导通和截止状态，相当于触点的接通和断开。稳压 管用来消除关断过电压和外部的浪涌电压，保护晶体管。
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3. 1可编程控制器的硬件结构与基本 形式
双向可控硅输出电路如图3-8所示，只能带交流负载(属于交 流输出方式)，交流电源由用户提供。输出信号经光电隔离器 控制双向可控硅。RC电路和压敏电阻用来消除可控硅的关断 过电压和外部的浪涌电压。
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3. 1可编程控制器的硬件结构与基本 形式
直流输入模块的内部电路和外部接线图，如图3-3所示(为说 明问题以后各图只画出一路输入和输出，COM是公共点)。 图中的输入信号触点直接接在公共点和输入端X001之间，不 需外接输入回路的电源(PLC内部自带24 V电源)。有的可编 程控制器还可以为接近开关、光电开关之类的传感器提供24 V直流电源，如图3-3所示。
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3. 1可编程控制器的硬件结构与基本 形式
多数可编程控制器的电源模块的主要用途是为了PLC各模块 的集成电路供电，同时，也为输入电路提供24 V的电压。根 据电源输入类型可将其分为:交流220 V或交流110 V;直流电源， 常用直流24 V。
5.特殊功能模块(功能模块或智能模块) 随着可编程控制器在工业控制中的广泛应用和发展，为了
第二节可编程序控制器的基本结构和工作原理
第二节可编程序控制器的基本结构和工作原理可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是一种专用数字计算机，用于控制工业过程中的机器和设备。
PLC具有可编程性、灵活性和可靠性等特点，被广泛应用于各种工业自动化系统中。
一、可编程序控制器的基本结构可编程序控制器的基本结构包括输入模块、中央处理单元（CPU）、输出模块和通信接口。
1.输入模块：输入模块用于将外部信号转换为数字信号输入到中央处理单元，通常包括接收开关量信号的数模转换器和接收模拟量信号的模数转换器。
2.中央处理单元：中央处理单元是PLC的核心部分，负责处理输入信号、执行用户程序、控制输出信号等。
中央处理单元通常包括微处理器、存储器和输入输出接口等组件。
3.输出模块：输出模块用于将中央处理单元的控制信号转换为外部设备能接受的信号，并驱动外部设备工作。
输出模块通常包括数字输出模块和模拟输出模块。
4.通信接口：通信接口用于与其他设备进行数据交换和通信，例如上位机、外部传感器和执行机构等。
二、可编程序控制器的工作原理可编程控制器的工作原理主要包括输入信号采集、用户程序执行和输出信号控制三个过程。
1.输入信号采集：PLC的输入模块采集外部信号，将其转换为数字信号后输入到中央处理单元。
输入信号可以是开关量信号或模拟量信号，例如传感器的触发信号、工业现场数据等。
3.输出信号控制：根据中央处理单元的运算结果和用户程序的要求，输出模块将数字信号转换为适合外部设备的信号，例如驱动电机、执行阀门等。
输出模块的输出信号可以是开关量信号或模拟量信号。
在整个工作过程中，可编程控制器的中央处理单元不断循环执行用户程序，采集输入信号，运算逻辑关系，并控制输出信号，以完成对工业过程的自动控制。
三、可编程序控制器的特点和优势1.可编程性：PLC可以通过编程软件编写用户程序，根据实际需求进行逻辑运算、条件判断等，实现对工业过程的灵活控制。
2.灵活性：PLC的输入输出模块可以根据实际需求进行扩展或更换，适应不同的工业应用。
PLC组成及工作原理
PLC组成及工作原理PLC（可编程逻辑控制器）是一种专门用于工业自动化控制的电子设备。
它由CPU（中央处理器）、存储器、输入模块、输出模块和通信模块等组成。
PLC的工作原理是通过输入模块获取外部信号，经过CPU的处理后，再通过输出模块控制外部设备。
一、PLC的组成1. 中央处理器（CPU）：是PLC的核心部件，负责控制整个系统的运行。
它接收输入信号，根据程序的逻辑进行处理，并输出控制信号。
2. 存储器：用于存储PLC的程序、数据和系统参数等信息。
存储器包括RAM （随机存储器）和ROM（只读存储器）两部分。
RAM用于存储程序和数据，ROM用于存储固化的系统程序。
3. 输入模块：用于接收外部信号，并将其转换为PLC可识别的信号。
输入模块可以接收各种类型的信号，如开关信号、传感器信号等。
4. 输出模块：用于控制外部设备，将PLC的输出信号转换为可用于驱动外部设备的信号。
输出模块可以控制各种类型的设备，如电机、执行器等。
5. 通信模块：用于PLC与其他设备或系统之间的通信。
通信模块可以实现PLC与计算机、上位机、其他PLC等设备之间的数据交换和通信。
二、PLC的工作原理PLC的工作原理可以分为三个主要步骤：输入采集、逻辑处理和输出控制。
1. 输入采集：PLC的输入模块接收外部信号，并将其转换为PLC可识别的信号。
输入信号可以是开关信号、传感器信号等。
输入模块将采集到的信号传输给CPU进行处理。
2. 逻辑处理：CPU根据预先编写的程序进行逻辑处理。
程序包括了各种逻辑判断、计算和控制命令等。
CPU根据程序的逻辑对输入信号进行处理，并根据需要进行计算和判断。
3. 输出控制：CPU根据逻辑处理的结果，通过输出模块控制外部设备。
输出模块将CPU输出的信号转换为可用于驱动外部设备的信号，如控制电机的启停、控制执行器的开关等。
PLC的工作原理基于程序控制的思想，通过编写程序实现对工业过程的控制和自动化。
程序可以根据需要进行修改和调整，从而实现不同的控制功能。
可编程序控制器工作原理
2 更智能的功能
控制器将集成机器学习和人工智能技术，具备自主学习和优化能力。
3 更广泛的应用领域
控制器将进一步应用于领域如自动驾驶、医疗、能源等。
3 故障诊断
可编程序控制器能够检测 和诊断故障，并采取适当 的措施进行修复。
控制器的基本原理
可编程序控制器的基本原理是通过输入和输出模块与外部设备进行通信，接 收和发送信号来实现控制。
控制器的组成部分
CPU
中央处理器负责运行控制器程序和进行数据处 理。
ห้องสมุดไป่ตู้输入模块
接收来自传感器和外部设备的信号。
记忆单元
存储控制器程序和数据。
输出模块
向执行机构和显示设备发送控制信号。
控制器的工作流程
1
输入信号
控制器接收来自传感器和外部设备的输入信号。
2
程序执行
控制器根据预先编写的程序逻辑对输入信号进行处理。
3
输出信号
控制器发送处理后的信号到执行机构和显示设备。
控制器的输入与输出
控制器的输入包括数字信号、模拟信号和通信接口，输出包括开关、继电器、运动控制和通信接口。
控制器的应用领域
工厂自动化
控制器用于自动控制和监控生产线，提高生产效率 和质量。
建筑自动化
控制器用于控制和管理建筑系统，如照明、空调和 安防系统。
智能家居
控制器用于智能家居设备的控制和联网。
机器人技术
可编程序控制器是机器人技术的核心，驱动机器人 完成各种任务。
控制器的发展趋势
1 更强大的处理能力
可编程序控制器工作原理
控制器是现代工业自动化的核心，它以编程方式控制机械设备和生产流程。 本演示将介绍可编程序控制器的基本原理、组成部分、工作流程、输入输出、 应用领域以及未来发展。
2.PLC基本构成及工作原理
二、PLC的定义
1.是一种数字运算操作的电子系统 2.为工业环境应用而设计 3.采用计算机的软硬件结构 4.达到各类机械或生产过程的控制目的
（ 1982年11月、1985年1月和1987年2月国际电工委员会 （IEC）可编程控制器标准草案第一、二、三稿）
输入ON延时
I/O响应时间
输出ON延时
最大I/O响应时间=输入ON延时+扫描时间×2+输出ON 延时
(2) I/O信号传递滞后的原因
▪ 输入滤波器有时间常数。 ▪ 输出电路存在滞后 ▪ 循环扫描工作方式
四、PLC的工作模式
1）程序模式（PROGRAM） 程序模式是程序的停止状态，PLC的初始设定、程
美国 AB公司 1746-NO4I
1784-IB32
德国 西门子 S7300
S7200
三菱（日本）
欧姆龙（日本）
丰炜（台湾）
台达（台湾）
深圳市三凌
四、 PLC控制与继电器控制
动合触点：线圈不通电时两个触点是断开的， 通电后这两个触点就闭合。 动断触点：线圈不通电时两个触点是闭合的， 通电后这两个触点就断开。 也就是说，动合等同于常开；动断等同于常 闭。
是
扫描周期固定值设定检查
无
有固定值设置？
有
等待直到固定的扫描周期为止
算出扫描周期
输入触点→输入继电器 输出继电器→输出触点
外设端口服务
初始化
（1）公共处理
（2）执行程序 （3）扫描周期 计算处理
（4）I/O刷新
模块可编程序控制器的结构和工作原理
模块可编程序控制器的结构和工作原理一、模块可编程序控制器的结构模块可编程序控制器（Programmable Logic Controller, PLC）是一种专用于工业自动化控制的数字计算机。
其主要功能是根据预设的程序和输入信号，通过处理逻辑运算，控制输出电路的开关状态，实现产线自动化、生产过程控制等功能。
PLC的结构主要分为五个部分：1.中央处理器（CPU）：PLC的核心部分，负责处理输入信号、执行用户程序、控制输出信号的运算和逻辑操作。
根据所需的计算能力，CPU 的功能和性能会有所不同。
2.输入模块：负责将外部信号（如开关、传感器等）转化成与CPU相互兼容的数字信号，以供CPU进行处理。
3.输出模块：负责将CPU处理后的控制信号转化成与外部设备（如电磁阀、电动机等）相兼容的信号，并向外部设备发送信号。
5.存储器和接口：PLC内部包括多种类型的存储器，用于存储用户程序、数据表、系统设置等信息。
同时，PLC还提供各种接口（如以太网、串口等），以便与上位机、外部设备进行通信。
二、模块可编程序控制器的工作原理PLC的工作原理主要分为四个步骤：输入采集、程序执行、逻辑控制和输出动作。
1.输入采集：输入模块根据接收到的外部信号，将其转化成与CPU内部逻辑电平相适应的数字信号。
这些信号可以是开关、传感器、计数器等感知到的工艺参数。
输入信号通过输入模块传送给CPU，供程序分析和控制。
3.逻辑控制：CPU根据程序中的逻辑运算，对输入信号进行比较、判断和计算，从而决定输出信号的状态。
这些逻辑操作可以是简单的布尔运算，也可以是复杂的算术运算，以实现更精确的控制。
4.输出动作：根据CPU的控制，输出模块将相应的输出信号转化成与外部设备相兼容的信号，并通过输出接口发送给外部设备，控制其开关状态和运动。
总体来说，PLC通过输入采集、程序执行、逻辑控制和输出动作四个步骤，实现对工业过程的自动化控制。
其工作原理是通过处理输入信号和执行预设的控制程序，实现输入与输出之间的逻辑映射，从而控制外部设备的开关状态和运动。
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3． 输入/输出接口电路
实际生产中信号电平时多样的，外部执行 机构所需要的电平也是不同的，而可编程 序控制器的CPU所处理的信号只能是标准 电平，因此，需要通过输入/输出单元实 现这些信号电平的转换。可编程序控制器 的输入/输出单元实际上是PLC与被控制 对象之间传送信号的接口部件。
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4. 电源
PLC的电源分为外部电源、内部电源和后 备电源三类。在现场控制中，干扰侵入 PLC的主要途径之一是通过电源，因此， 合理地设计电源是PLC可靠运行的必要条 件。
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电气传动的发展
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⑴外部电源
外部电源用于驱动PLC的负载和传递现场 信号，又称为用户电源。同一台PLC的外 部电源可以是一个规格，也可以是多个规 格。外部电源的容量与性能，由输出负载 和输入电路决定。常见的外部电源有交流 220V、110V，直流100V、48V、24V、 12V、5V等
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电气传动的发展
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1. 中央处理器（CPU）
PLC的中央处理器与一般的计算机控制系 统一样，是整个系统的核心，起着类似人 体的大脑和神经中枢的作用，它按PLC中 系统程序赋予的功能，指挥PLC有条不紊 地进行工作。 目前，小型PLC为单CPU系统，而中型及 大型PLC则为双CPU甚至多CPU系统 。
PLC自问世以来，经过近40年的发展， 已成为很多国家的重要产业，PLC在国际 市场已成为最受欢迎的工业控制产品。随 着科学技术的发展及市场需求量的增加， PLC的结构和功能在不断地改进，生产厂 家不停地将更强的PLC推入市场，平均 3～5年就更新一次
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电气传动的发展
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3.2 可编程序控制器的基本组成和工作原理
可编程控制器（programmable controller）是 计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设 计的。早期的可编程序控制器称为可编程逻辑 控制器（programmable logic controller）， 简称PLC，用它来代替继电器实现逻辑控制。 随着技术的发展，可编程序控制器的功能已大 大超过了逻辑控制的范围，所以，目前人们都 把这种装置称作可编程序控制器，称为PC（国 标简称可编程序控制器为PC系统）。为了避免 与目前应用广泛的个人计算机（personal computer）的简称PC相混淆，所以仍将可编程 序控制器简称为PLC。
在停机或突然失电时，后备电源可保证 RAM中的信息不丢失。一般PLC采用锂电 池作为RAM的后备电池，锂电池的寿命 为2～5年。若电池电压降低，在PLC的工 作电源为ON时，面板上相关的指示灯会 点亮或闪烁，应根据各PLC操作手册的说 明，在规定时间内按要求更换电池。
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电气传动的发展
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电气传动的发展
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2. 存储器
PLC的存储器分为系统程序存储器和用户程序 存储器。系统程序相当于个人电脑的操作系统， 它使PLC具有基本的智能，能够完成PLC设计 者规定的各种动作。系统程序由PLC生产厂家 设定并固化在ROM内，用户不能直接读取。 PLC的用户程序由用户设定，它决定了PLC输 入信号之间的具体关系。用户程序存储量一般 以字（每个字由16位二进制数组成）为单位， 三菱的FX系列PLV的用户程序存储器的单位为 步（STEP，即字）。小型PLC的用户程序存储 器容量在1K字左右，大型PLC的用户程序存储 器容量可达数M（兆）字。
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⑵内部电源
①内部电源与外电源隔离，减小供电线路 对内部电源的影响。 ②有较强的抗干扰能力（主要是高频干扰） ③电源本身功能耗尽可能低，在供电电压 波动范围较大时，能保证正常稳定的输出。 ④有良好的保护功能。
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电气传动的发展
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⑶后备电源
电气控制与PLC应用技术
范国伟
安徽工业大学
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可编程控制器虽然产生不足50年，但发展的 势头锐不可挡。由于采用了计算机的CPU核 心技术，同微型计算机一起并行得到了巨大 的发展。下面略作介绍：
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电气传动的发展
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3.1 可编程序控制器的发展
可编程序控制器所以能应用的如今这样广 泛，其最主要的原因是硬件结构简单，软 件编程容易。要真正用好可编程序控制器， 还得大致了解一下可编程序控制器的软硬 件结构和工作原理。
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电气传动的发展
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3.2.1 可编程序控制器的硬件结构
PLC种类繁多，功能多种多样，但是其组 成结构和工作原理基本相同。实质上是一 种专门用于工业控制的计算机，采用了典 型的计算机结构，由硬件和软件两部分组 成。硬件配置主要由中央处理器（CPU）、 存储器、输入/输出接口电路、电源、编 程器以及一些扩展模块组成。
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5. 编程器
编程器是PLC最重要的外部设备。利用编 程器可将用户程序输入到PLC存储器，可 以利用编程器检查、修改、调试程序还可 以用编程器监视程序的运行及PLC的工作 状态。小型PLC常用的简易型便携式或手 持式编程器。计算机添加适当的硬件接口 电缆和编程软件，也可以对PLC进行编程。 计算机编程可以直接显示梯形图、读出程 序、写入程序、监控程序运行等
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电气传动的发展
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①输入接口电路
为了防止各种干扰信号和高电压信号进入 PLC，输入接口电路一般由RC滤波器消 除输入端得抖动和外部噪声干扰，由光电 耦合电路进行隔离。光电耦合电路由发光 二极管和光电三极管组成。
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② 输出接口电路
PLC的输出有三种形式：继电器输出、 晶体管输出、晶闸管输出。图2.3给出了 PLC的三种输出电路图。每种输出都采用 了电气隔离技术，电源由外部供给，输出 电流一般为0.5～2A，输出电流的额定值 与负载性质有关。 继电器输出方式最常用，适用于交、直 流负载，其特点是带负载能力强，但动作 频率与响应速度慢。
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可编程控制器分类和应用
PLC的种类很多，使其在实现的功能、内 存容量、控制规模、外形等方面都存在较 大的差异，因此，PLC的分类没有一个严 格、统一的标准，而是按I/O总点数、组 成结构、功能进行大致的分类。
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可编程控制器的发展